(57)【要約】【課題】安価で鍛造性に優れたマグネシウム合金部材の製造方法を提供する。【解決手段】Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲のＺｒとを溶解し、得られた溶湯Ｍを撹拌しながら所定の形状の鋳型３に連続的に供給し、鋳型３に供給された溶湯Ｍを鋳型３内で冷却して取り出すことにより、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなり、且つ５０〜１５０μｍの範囲の結晶粒子径を有する鋳造体Ｍａを得ることにより、耐熱性マグネシウム合金部材を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲のＺｒとを溶解し、得られた溶湯を撹拌しながら所定の形状の鋳型に連続的に供給し、該鋳型に供給された該溶湯を該鋳型内で冷却して取り出すことにより、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなり、且つ５０〜１５０μｍの範囲の結晶粒子径を有する鋳造体を得る工程を備えることを特徴とする耐熱性マグネシウム合金部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性を備えるマグネシウム合金部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、鉄、アルミニウムに比べて軽量であるため、鉄鋼材料、アルミニウム合金材料からなる部材に代わる軽量代替材として、耐熱性を備えるマグネシウム合金を自動車部品等の構造部材に用いることが検討されている。
【０００３】
従来、耐熱性を備えるマグネシウム合金部材の製造方法が種々提案されている。例えば、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙとを溶解し、得られた溶湯を攪拌した後、静置し、１０〜２００秒の範囲の時間で凝固させることにより、鋳造体を得るマグネシウム合金部材の製造方法が知られている（特許文献１参照）。前記製造方法によれば、Ｙの偏析を抑制することができると共に、成分が均一化されたマグネシウム合金を得ることができる。前記マグネシウム合金は、α−Ｍｇ相中に長周期構造を示すＭｇ１２ＺｎＹ相が晶出することにより、耐熱性を備えることとなる。
【０００４】
しかし、前記製造方法によれば、アルゴン雰囲気下で実施するために作業効率が低い上、冷却速度が遅く凝固時間が長いため、得られたマグネシウム合金は、結晶粒子径が粗大になることにより、鍛造時の圧縮率が５０〜７０％になると割れが発生する等、十分な鍛造性を得ることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、鋳造体としてのマグネシウム合金の結晶粒子径を微細化する方法として、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．１〜０．５原子％すなわち０．３４〜１．７重量％の範囲のＺｒとを溶解し、得られた溶湯を所定の形状の鋳型に供給し、該鋳型に供給された該溶湯を該鋳型内で急冷する方法が提案されている（特許文献２参照）。前記製造方法によれば、ＭｇとＺｎとＹとを含む溶湯にＺｒを添加することにより、得られたマグネシウム合金の結晶粒子径を微細化することができ、優れた鍛造性を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、前記製造方法によれば、前記Ｚｒを前記溶湯に添加する際に使用されるＭｇ−Ｚｒ母合金は、マグネシウム合金の結晶粒子径の微細化に有効な数μｍの粒子径を有するＺｒ粒子だけでなく、該微細化に有効でない数ｍｍの粒子径を有するＺｒ粒子をも含むため、沈静処理により該数ｍｍの粒子径を有するＺｒ粒子を分離する必要があり、この結果、歩留まりが低下するだけでなく、所望量のＺｒを添加することが困難であるという不都合がある。さらに、Ｚｒは高価であるので、添加量を極力低減させることが望まれる。
【特許文献１】特開２００６−２５５７１３号公報
【特許文献２】特開２００６−９７０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる不都合を解消して、安価で鍛造性に優れたマグネシウム合金部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明の耐熱性マグネシウム合金部材の製造方法は、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲のＺｒとを溶解し、得られた溶湯を撹拌しながら所定の形状の鋳型に連続的に供給し、該鋳型に供給された該溶湯を該鋳型内で冷却して取り出すことにより、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなり、且つ５０〜１５０μｍの範囲の結晶粒子径を有する鋳造体を得る工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法では、まず、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲のＺｒとを溶解し、溶湯とする。次に、前記溶湯を撹拌しながら所定の形状の鋳型に連続的に供給する。これにより、前記溶湯中に含まれる前記Ｚｒは、該溶湯中に均一に分散されることとなる。次に、前記鋳型に供給された前記溶湯を該鋳型内で水冷等の手段により冷却して、連続的に取り出す。
【００１０】
このようにすると、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなり、該マグネシウム合金が長周期構造を示すＭｇ１２ＺｎＹ相を含み、耐熱性を備える鋳造体が得られる。前記溶湯においては、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲と非常に少量であるものの、前記撹拌により前記Ｚｒが微細化されるとともに均一に分散されているので、該溶湯を前記鋳型内で急冷することにより、５０〜１５０μｍの範囲の結晶粒子径を有するマグネシウム合金を得ることができる。したがって、優れた鍛造性を示すマグネシウム合金を得ることができる。また、従来の方法と異なり、Ｚｒを含む前記溶湯の沈静処理を必要としないので、歩留まりを向上することができる。
【００１１】
前記Ｚｒの量が、全量に対して０．０１重量％未満では、前記結晶粒子径を５０〜１５０μｍの範囲に形成することができない。また、前記Ｚｒの量が、全量に対して０．１重量％を超えても、それ以上の効果は少なく、歩留まりが悪化し、コスト増となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本実施形態の製造方法に用いる連続鋳造装置の説明的断面図である。図２は、実施例又は比較例で得られた鍛造体のクラックの有無と結晶粒子径及び圧縮率との関係を示すグラフである。図３，５，７，９，１１は、実施例又は比較例で得られた連続鋳造棒又は鋳造体の金属組織の光学顕微鏡写真である。図４，６，８，１０は、実施例又は比較例で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真である。図４，６，８，１０の各図において、（ａ）は圧縮率が６０％のときの光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は圧縮率が７０％のときの光学顕微鏡写真である。
【００１３】
本実施形態のマグネシウム合金の製造方法では、まず、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲のＺｒとを溶解し、得られた溶湯を撹拌しながら所定の形状の鋳型に連続的に供給し、該鋳型に供給された該溶湯を該鋳型内で冷却して取り出すことにより、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなる鋳造体としての連続鋳造棒を得る。
【００１４】
前記連続鋳造棒は、例えば、図１に示す連続鋳造装置１により鋳造することができる。連続鋳造装置１は、溶湯Ｍを収容するタンディッシュ２と、タンディッシュ２の底部に備えられた断熱性を有する鋳型３と、鋳型３の下方に連設された冷却水ジャケット４と、引き出し機５により昇降するボトムブロック６とを備えている。タンディッシュ２は、溶湯Ｍに含まれる不純物を除去するフィルタ７と、鋳型３の内部に供給される溶湯Ｍを撹拌する撹拌翼８とを備える。撹拌翼８は、溶湯Ｍ中において、１８０〜３００回転／分の範囲の速度で回転する。
【００１５】
連続鋳造装置１に供給された溶湯Ｍは、フィルタ７により溶湯Ｍ中の不純物が除去され、撹拌翼８により撹拌された状態でタンディッシュ２から鋳型３に供給され、冷却水ジャケット４で冷却されて凝固した後、連続鋳造棒Ｍａとなってボトムブロック６により冷却水ピット９に導かれる。
【００１６】
連続鋳造装置１で得られた連続鋳造棒Ｍａは、ＺｎとＹとを含むマグネシウム合金からなり、該マグネシウム合金は、長周期構造を示すＭｇ１２ＺｎＹ相を含み、耐熱性を備える。前記マグネシウム合金は、前記範囲のＺｒを含む前記溶湯Ｍが、前記冷却水ジャケット４で冷却され急速に凝固されることにより、晶出したα−Ｍｇ相が５０〜１５０μｍの範囲と微細な結晶粒子径を有することとなり、優れた塑性加工性を得ることができる。前記溶湯Ｍは、撹拌翼８で撹拌されたことにより溶湯Ｍ中のＺｒが微細化されるとともに均一に分散されているので、Ｚｒの含有量が全量に対して０．０１〜０．１重量％の範囲と微量であっても、結晶粒子径が５０〜１５０μｍの範囲と微細なα−Ｍｇ相を晶出させることができる。
【００１７】
次に、実施例及び比較例を示す。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、まず、Ｍｇと、Ｚｎと、Ｙと、Ｚｒとを７５０℃の温度で溶解し、溶湯Ｍを調製した。前記溶湯Ｍは、それぞれ全量に対し、４．５重量％のＺｎと、７．２重量％のＹと、０．０１重量％のＺｒとを含み、残部がマグネシウムと不可避の不純物とからなる。
【００１９】
次に、前記溶湯Ｍを、図１に示す連続鋳造装置１のタンディッシュ２に連続的に供給し、撹拌翼８により３００回転／分の速度で撹拌しながら鋳型３に供給し、鋳型３及び冷水ジャケット４を介して、１００ｍｍ／分の鋳造速度で引き出すことにより、鋳造体として、直径７０ｍｍの連続鋳造棒Ｍａを製造した。撹拌翼８により撹拌している部分における溶湯Ｍの温度は６８０℃であった。冷水ジャケット４による冷却水の水量は２５Ｌ／分であり、冷却速度は約１５℃／秒であった。
【００２０】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａについて、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は１２５μｍであった。結果を表１に示す。
【００２１】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａから、直径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍの円柱状のビレットを削り出し、該ビレットを試験片として、３７５℃の温度で圧縮鍛造し、鍛造体を製造した。前記圧縮鍛造における圧縮速度は１５ｍｍ／秒とし、圧縮率は６０％と７０％との２通りとした。
【００２２】
次に、本実施例で得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影し、クラックの有無を評価した。結果を表１及び図２に示す。尚、表１及び図２において、「○」はクラックが存在しないことを示し、「△」は微小なクラックが存在することを示し、「×」は明瞭なクラックが存在することを示し、「××」は数ｍｍの長さを有する大きなクラックが存在することを示す。
【実施例２】
【００２３】
本実施例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．７重量％とし、Ｙの量を７．２重量％とし、Ｚｒの量を０．０５重量％とした点と、撹拌翼８による撹拌速度を１８０回転／分とした点とを除いて、実施例１と全く同一にして、鋳造体としての連続鋳造棒Ｍａを製造した。
【００２４】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。図３に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａのマグネシウム合金の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は１１０μｍであった。結果を表１に示す。
【００２５】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影してクラックの有無を評価した。図４に、本実施例で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真を示す。結果を表１及び図２に示す。
【実施例３】
【００２６】
本実施例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．７重量％とし、Ｙの量を７．２重量％とし、Ｚｒの量を０．０５重量％とした点を除いて、実施例１と全く同一にして、鋳造体としての連続鋳造棒Ｍａを製造した。
【００２７】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。図５に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａのマグネシウム合金の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は８０μｍであった。結果を表１に示す。
【００２８】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いて、実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影してクラックの有無を評価した。図６に、本実施例で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真を示す。結果を表１及び図２に示す。
【実施例４】
【００２９】
本実施例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．４重量％とし、Ｙの量を７．５重量％とし、Ｚｒの量を０．１重量％とした点を除いて、実施例１と全く同一にして、鋳造体としての連続鋳造棒Ｍａを製造した。
【００３０】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は６０μｍであった。結果を表１に示す。
【００３１】
次に、本実施例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いて、実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体についてクラックの有無を評価した。結果を表１及び図２に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．４重量％とし、Ｙの量を７．４重量％とし、Ｚｒの量を０．００５重量％未満とした点と、撹拌翼８による撹拌を行わなかった点とを除いて、実施例１と全く同一にして、鋳造体としての連続鋳造棒Ｍａを製造した。
【００３２】
次に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。図７に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａのマグネシウム合金の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は３７０μｍであった。結果を表１に示す。
【００３３】
次に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いて、実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影してクラックの有無を評価した。図８に、本実施例で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真を示す。結果を表１及び図２に示す。
〔比較例２〕
本比較例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．５重量％とし、Ｙの量を７．３重量％とし、Ｚｒの量を０．００５重量％未満とした点と、撹拌翼８による撹拌速度を１８０回転／分とした点を除いて、実施例１と全く同一にして、鋳造体としての連続鋳造棒Ｍａを製造した。
【００３４】
次に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。図９に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａのマグネシウム合金の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａにおける結晶粒子径は３３０μｍであった。結果を表１に示す。
【００３５】
次に、本比較例で得られた連続鋳造棒Ｍａを用いて、実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影してクラックの有無を評価した。図１０に、本実施例で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真を示す。結果を表１及び図２に示す。
〔比較例３〕
本比較例では、溶湯Ｍに含まれるＺｎの量を全量に対して４．６重量％とし、Ｙの量を７．３重量％とし、Ｚｒの量を０．７６重量％とした点を除いて、実施例１と全く同一にして、溶湯Ｍを調製した。
【００３６】
次に、前記溶湯Ｍを、回転鋳造法により、直径７０ｍｍの円柱状の鋳造体を製造した。
【００３７】
次に、本比較例で得られた鋳造体を用いた点を除いて実施例１と全く同一にして、光学顕微鏡を用いて、マグネシウム合金の金属組織を撮影し、該金属組織の結晶粒子径を測定した。図１１に、本比較例で得られた鋳造体のマグネシウム合金の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。本比較例で得られた鋳造体における結晶粒子径は１８０μｍであった。結果を表１に示す。
【００３８】
次に、本比較例で得られた鋳造体を用いて、実施例１と全く同一にして、鍛造体を製造し、得られた鍛造体の側面を光学顕微鏡にて撮影してクラックの有無を評価した。結果を表１及び図２に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から、実施例１〜４のように、図１に示す連続鋳造装置１を用いて、前記溶湯Ｍに含まれるＺｒの量を全量の０．０１〜０．１重量％の範囲とするとともに、該溶湯Ｍを撹拌翼８により撹拌して鍛造体を製造することにより、得られた鋳造体のマグネシウム合金の結晶粒子径を５０〜１５０μｍの範囲の微小なものとすることができることが明らかである。一方、比較例１，２のように、前記溶湯Ｍに含まれるＺｒの量が全量の０．０１重量％未満の場合には、図１に示す連続鋳造装置１を用い、前記溶湯Ｍを撹拌翼８により撹拌したとしても、得られた鋳造体のマグネシウム合金の結晶粒子径が１５０μｍを超えることが明らかである。
【００４１】
また、表１及び図２から、マグネシウム合金の結晶粒子径が５０〜１５０μｍの範囲にある実施例１〜４の鋳造体は、圧縮率６０〜７０％の範囲の圧縮鍛造により得られた鍛造体に、クラックが発生しないか、もしくは微小なクラックしか発生せず、優れた鍛造性を備えていることが明らかである。一方、マグネシウム合金の結晶粒子径が１５０μｍを超える比較例１，２の鋳造体は、圧縮率６０〜７０％の範囲の圧縮鍛造により得られた鍛造体に、明瞭なクラックもしくは数ｍｍの長さを有する大きなクラックが発生し、優れた鍛造性を備えていないことが明らかである。
【００４２】
また、表１から、比較例３のように、回転鋳造法により鋳造体を製造する場合には、Ｚｒ量を全量の０．７６重量％と多量にしても、得られた鋳造体のマグネシウム合金の結晶粒子径は１８０μｍとなり５０〜１５０μｍの範囲よりも大きくなることが明らかである。また、表１及び図２から、比較例３の回転鋳造法により得られた鋳造体は、圧縮率６０〜７０％の範囲の圧縮鍛造により得られた鍛造体に、微小なクラックもしくは明瞭なクラックが発生し、優れた鍛造性を備えていないことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の製造方法に用いる連続鋳造装置の説明的断面図。
【図２】実施例又は比較例で得られた鍛造体のクラックの有無と結晶粒子径及び圧縮率との関係を示すグラフ。
【図３】実施例２で得られた連続鋳造棒の金属組織の光学顕微鏡写真。
【図４】実施例２で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真。
【図５】実施例３で得られた連続鋳造棒の金属組織の光学顕微鏡写真。
【図６】実施例３で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真。
【図７】比較例１で得られた連続鋳造棒の金属組織の光学顕微鏡写真。
【図８】比較例１で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真。
【図９】比較例２で得られた連続鋳造棒の金属組織の光学顕微鏡写真。
【図１０】比較例２で得られた鍛造体の光学顕微鏡写真。
【図１１】比較例３で得られた鋳造体の金属組織の光学顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００４４】
１…連続鋳造装置、  ３…鋳型、  ８…撹拌翼、  Ｍ…溶湯、  Ｍａ…鋳造体。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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